Mannen dömdes först av tingsrätten till två års fängelse, men nu skärper Svea hovrätt straffet till tre år.
Flickan, som kommer från södra Sverige, hade nyligen slutat sjätte klass och hade lov när hon i somras fick kontakt med mannen från Stockholmstrakten via en så kallad teledating-linje.
De bestämde att de skulle träffas i Stockholm. Men eftersom flickans biljettpengar bara räckte till Linköping valde de i stället att träffas på ett hotell där. På hotellrummet den 22 juli smekte och genomförde 49-åringen samlag med flickan, enligt domen.
Mannen ska även betala 80 000 kronor i skadestånd till flickan.
En annan man, även han från Stockholmstrakten, som flickan också träffat via teledating döms till ett års fängelse för att ha förmått flickan till att posera sexuellt på bilder och filmer som hon skickat till hans mobil.